KR20170086779A - 박막형 태양전지 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 제1 홀과 제2 홀을 구비한 기판; 상기 기판의 상면에서 서로 직렬로 연결되며, 각각 후면전극, 반도체층, 및 전면 전극을 포함하여 이루어진 복수의 단위셀들; 및 상기 기판의 하면에 구비된 제1 전극 라인 및 제2 전극 라인을 포함하여 이루어지고, 상기 제1 전극 라인은 상기 제1 홀을 통해서 상기 복수의 단위셀들 중에서 일 측의 최외곽 단위셀에 구비된 상기 후면 전극과 연결되어 있고, 상기 제2 전극 라인은 상기 제2 홀을 통해서 상기 복수의 단위셀들 중에서 타 측의 최외곽 단위셀에 구비된 상기 전면 전극과 연결되어 있는 박막형 태양전지 및 그 제조방법을 제공한다.

Description

박막형 태양전지 및 그 제조 방법{A thin film type solar cell and Method of manufacturing the same}
본 발명은 박막형 태양전지에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 외부장치와 연결하기 위한 버스 라인을 구비한 박막형 태양전지에 관한 것이다.
태양전지는 반도체의 성질을 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치이다.
태양전지는 P(positive)형 반도체와 N(negative)형 반도체를 접합시킨 PN 접합 구조를 하고 있다. 이러한 구조의 태양전지에 태양광이 입사되면, 입사된 태양광 에너지에 의해 상기 반도체 내에서 정공(hole)과 전자(electron)가 발생한다. 이때, 상기 PN접합에서 발생한 전기장에 의해서 상기 정공(+)는 P형 반도체쪽으로 이동하고 상기 전자(-)는 N형 반도체쪽으로 이동하게 되어 전위가 발생 되고, 그에 따라 전력을 생산할 수 있게 된다.
상기 태양전지는 박막형 태양전지(Thin film type solar cell)와 웨이퍼형 태양전지(Wafer type solar cell)로 구분할 수 있다.
상기 박막형 태양전지는 유리 등과 같은 기판 상에 박막의 형태로 반도체를 형성하여 태양전지를 제조한 것이고, 상기 웨이퍼형 태양전지는 실리콘 웨이퍼 자체를 기판으로 이용하여 태양전지를 제조한 것이다.
상기 박막형 태양전지는 상기 웨이퍼형 태양전지에 비하여 두께를 줄일 수 있고 상대적으로 저가의 기판을 이용하기 때문에 제조비용을 줄일 수 있는 장점이 있다.
이하, 도면을 참조로 종래의 박막형 태양전지에 대해서 설명하기로 한다.
도 1은 종래의 박막형 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 1에서 알 수 있듯이, 종래의 박막형 태양전지는 기판(10), 후면 전극(20), 반도체층(30), 전면 전극(40), (-) 버스 라인(51) 및 (+) 버스 라인(52)을 포함하여 이루어진다.
상기 후면 전극(20)은 태양광이 입사되는 면의 반대면에 구비되고, 상기 전면 전극(40)은 태양광이 입사되는 면에 구비된다. 따라서, 태양광은 상기 전면 전극(40)의 상측에서 상기 전면 전극(40)을 통과하여 상기 반도체층(30)으로 입사되어 전력이 생상된다.
상기 후면 전극(20)은 상기 기판(10) 상에 구비된다. 구체적으로, 복수의 후면 전극(20)들은 제1 분리부(P1)를 사이에 두고 서로 이격되어 있다.
상기 반도체층(30)은 상기 후면 전극(20) 상에 구비된다. 구체적으로, 복수의 반도체층(30)들은 콘택부(P2) 및 제2 분리부(P3)를 사이에 두고 서로 이격되어 있다.
상기 전면 전극(40)은 상기 반도체층(30) 상에 구비된다. 구체적으로, 복수의 전면 전극(40)들은 상기 콘택부(P2)를 통해 이웃하는 단위셀의 후면 전극(20)과 연결된다. 또한, 복수의 전면 전극(40)들은 상기 제2 분리부(P3)를 사이에 두고 서로 이격되어 있다.
이상과 같은 제1 분리부(P1), 콘택부(P2), 및 제2 분리부(P3)에 의해서 복수 개의 단위 셀들이 서로 직렬로 연결될 수 있다. 즉, 상기 후면 전극(20), 상기 반도체층(30), 및 상기 전면 전극(40)의 조합에 의해서 개별 단위셀이 형성되고, 하나의 단위셀의 전면 전극(40)이 그와 이웃하는 단위셀의 후면 전극(20)과 연결됨으로써 복수 개의 단위 셀들이 서로 직렬로 연결된다.
상기 (-) 버스 라인(51) 및 상기 (+) 버스 라인(52)은 상기 전면 전극(40) 상에 형성되어 있다. 구체적으로, 상기 (-) 버스 라인(51)은 일 측의 최외곽 단위셀의 전면 전극(40) 상에 형성되어 있고, 상기 (+) 버스 라인(52)은 타 측의 최외곽 단위셀의 전면 전극(40) 상에 형성되어 있다.
상기 (-) 버스 라인(51) 및 상기 (+) 버스 라인(52)은 외부 장치에 연결될 수 있다. 이와 같은 상기 (-) 버스 라인(51) 및 상기 (+) 버스 라인(52)은 각각 전자와 정공을 수집함으로써 박막형 태양전지가 외부의 장치의 전원으로 기능하도록 할 수 있다.
이와 같은 종래의 박막형 태양전지의 경우, 화살표로 도시한 바와 같이, 상기 (+) 버스 라인(52)에서부터 직렬로 연결된 개별 단위셀들을 거쳐 상기 (-) 버스 라인(51)으로 전류가 흐르게 된다.
그러나, 이와 같은 종래의 박막형 태양전지는 다음과 같은 단점이 있다.
첫째, 종래의 박막형 태양전지의 경우, 상기 (-) 버스 라인(51) 및 상기 (+) 버스 라인(52)이 태양광이 입사되는 면에 해당하는 상기 전면 전극(40) 상에 형성되어 있기 때문에, 상기 (-) 버스 라인(51)의 영역(A) 및 상기 (+) 버스 라인(52)의 영역(B)에서 태양광이 입사되지 못하게 되어 태양광의 입사면적이 줄어드는 단점이 있다.
둘째, 종래의 박막형 태양전지의 경우, 상기 (+) 버스 라인(52)에서부터 상기 (-) 버스 라인(51)으로 전류가 흐를 때, 단위셀 간의 직렬 연결의 구조적인 문제로 인해서 상기 (-) 버스 라인(51)이 형성된 일측의 최외곽 단위셀의 영역(C)이 전력 생산에 기여하지 못하는 단점이 있다.
셋째, 종래의 박막형 태양전지의 경우, 건축물의 유리창 또는 차량의 선루프 등으로 적용될 때, 상기 (-) 버스 라인(51) 및 상기 (+) 버스 라인(52)이 외부로 노출될 수 있어 상품성이 떨어지는 단점이 있다.
본 발명은 전술한 종래의 박막형 태양전지의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서, 본 발명은 버스 라인을 태양광이 입사되는 면이 아니라 태양광이 입사되는 면의 반대면에 형성함으로써, 버스 라인으로 인한 태양광의 입사면적 저하를 방지할 수 있고, 또한 최외곽 단위셀의 영역도 전력 생산에 기여할 수 있도록 하며, 또한 건축물의 유리창 또는 차량의 선루프 등으로 적용될 때 버스 라인이 외부로 노출되는 것을 방지하여 상품성을 향상시킬 수 있는 박막형 태양전지 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 제1 홀을 구비한 기판; 상기 기판의 상면에 형성된 후면전극; 상기 후면전극의 상면 및 상기 제1 홀의 내측면에 형성되는 반도체층 및 전면전극; 및 상기 기판의 하면에 형성되며, 상기 제1 홀의 내측면에 형성된 전면전극과 연결되는 제1 전극 라인을 포함하는 박막형 태양전지를 제공한다.
본 발명은 제1 홀과 제2 홀을 구비한 기판; 상기 기판의 상면에서 서로 직렬로 연결되며, 각각 후면전극, 반도체층, 및 전면 전극을 포함하여 이루어진 복수의 단위셀들; 및 상기 기판의 하면에 구비된 제1 전극 라인 및 제2 전극 라인을 포함하여 이루어지고, 상기 제1 전극 라인은 상기 제1 홀을 통해서 상기 복수의 단위셀들 중에서 일 측의 최외곽 단위셀에 구비된 상기 후면 전극과 연결되어 있고, 상기 제2 전극 라인은 상기 제2 홀을 통해서 상기 복수의 단위셀들 중에서 타 측의 최외곽 단위셀에 구비된 상기 전면 전극과 연결되어 있는 박막형 태양전지를 제공한다.
상기 제1 전극 라인은 제1 버스 라인으로 이루어지고, 상기 제2 전극 라인은 제2 버스라인으로 이루어질 수 있다.
상기 제1 홀의 내면에 구비된 후면 전극 연장부를 더 포함하여 이루어질 수 있고, 상기 후면 전극 연장부의 일단은 상기 일 측의 최외곽 단위셀에 구비된 상기 후면 전극과 연결되고, 상기 후면 전극 연장부의 타단은 상기 제1 전극 라인과 연결될 수 있다.
상기 타 측의 최외곽 단위셀에 구비된 상기 후면 전극은 상기 제2 홀과 동일한 홀 패턴을 구비할 수 있다.
상기 제2 홀의 내부에 구비된 전면 전극 연장부를 더 포함하여 이루어질 수 있고, 상기 전면 전극 연장부의 일단은 상기 타 측의 최외곽 단위셀에 구비된 상기 전면 전극과 연결되고, 상기 전면 전극 연장부의 타단은 상기 제2 전극 라인과 연결될 수 있다.
상기 제2 홀의 내면과 상기 전면 전극 연결부 사이에 구비된 반도체층 연장부를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 홀은 상기 일 측의 최외곽 단위셀에 대응하는 영역에 구비되어 있고, 상기 제2 홀은 상기 타 측의 최외곽 단위셀에 대응하는 영역에 구비되어 있으며, 상기 제1 전극 라인은 상기 제1 홀과 오버랩되고, 상기 제2 전극 라인은 상기 제2 홀과 오버랩될 수 있다.
상기 제1 전극 라인의 폭은 상기 제1 홀의 폭보다 클 수 있다.
상기 제1 홀은 상기 제1 전극 라인과 나란하게 연장된 바(bar) 패턴으로 이루어질 수 있다.
상기 제1 홀은 서로 이격된 복수 개의 섬 패턴으로 이루어질 수 있다.
본 발명은 또한 기판의 일 측의 최외곽 단위셀에 대응하는 영역에 제1 홀을 형성하는 공정; 상기 기판의 상면 상에 제1 분리부를 사이에 두고 이격되는 복수의 후면 전극들의 패턴을 형성하는 공정; 상기 기판의 타 측의 최외곽 단위셀에 대응하는 영역에 제2 홀을 형성하는 공정; 상기 후면 전극들의 상면 상에 콘택부를 사이에 두고 이격되는 복수의 반도체층들의 패턴을 형성하는 공정; 상기 반도체층들의 상면 상에 제2 분리부를 사이에 두고 이격되는 복수의 전면 전극들의 패턴을 형성하는 공정; 및 상기 기판의 하면에 제1 전극 라인과 제2 전극 라인을 형성하는 공정을 포함하여 이루어지고, 상기 제1 전극 라인은 상기 제1 홀을 통해서 상기 일 측의 최외곽 단위셀의 후면 전극과 연결하고, 상기 제2 전극 라인은 상기 제2 홀을 통해서 상기 타 측의 최외곽 단위셀의 전면 전극과 연결하는 박막형 태양전지의 제조 방법을 제공한다.
상기 복수의 후면 전극들의 패턴을 형성하는 공정은 상기 제1 홀의 내면에 상기 제1 전극 라인과 연결되는 후면 전극 연장부를 형성하는 공정을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 제2 홀을 형성하는 공정은 상기 타 측의 최외곽 단위셀의 후면 전극에 상기 제2 홀과 동일한 홀 패턴을 형성하는 공정을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 복수의 반도체층들의 패턴을 형성하는 공정은 상기 후면 전극에 형성된 홀 패턴의 내면에 반도체층 연장부를 형성하는 공정을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 복수의 전면 전극들의 패턴을 형성하는 공정은 상기 후면 전극에 형성된 홀 패턴의 내부 및 상기 제2 홀의 내부에 상기 제2 전극 라인과 연결되는 전면 전극 연장부를 형성하는 공정을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 제1 전극 라인은 제1 버스 라인으로 이루어지고, 상기 제2 전극 라인은 제2 버스라인으로 이루어질 수 있다.
이상과 같은 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 제1 버스 라인과 제2 버스 라인이 기판의 하면에 형성되기 때문에, 상기 제1 버스 라인과 상기 제2 버스 라인에 의해 태양광의 입사면적이 줄어들지 않는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 박막형 태양전지를 건축물의 유리창 또는 차량의 선루프 등에 적용한다 하여도, 상기 제1 버스 라인과 상기 제2 버스 라인이 외부로 노출되지 않아서 상품성이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 최외곽 단위셀을 포함하여 복수의 단위셀 전체에서 전력이 생산될 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 박막형 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지의 개략적인 평면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막형 태양전지의 개략적인 평면도이다.
도 5a 내지 도 5i는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지의 제조공정을 도시한 공정 단면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급한 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.
시간 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~후에', '~에 이어서', '~다음에', '~전에' 등으로 시간적 선후 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.
제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성 요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시할 수도 있다.
이하, 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 2에서 알 수 있듯이, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지는 기판(100), 후면 전극(200), 반도체층(300), 전면 전극(400), 제1 버스 라인(510) 및 제2 버스 라인(520)을 포함하여 이루어진다.
상기 후면 전극(200)은 상기 반도체층(300)을 기준으로 하여 태양광이 입사되는 면의 반대면에 구비되고, 상기 전면 전극(400)은 상기 반도체층(300)을 기준으로 하여 태양광이 입사되는 면에 구비된다. 따라서, 태양광은 상기 전면 전극(400)의 상측에서 상기 전면 전극(400)을 통과하여 상기 반도체층(300)으로 입사하게 된다.
상기 기판(100)은 투명한 플라스틱으로 이루어질 수 있지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니고, 투명한 유리로 이루어질 수도 있다. 상기 기판(100)은 플렉시블(flexible)한 재료로 이루어질 수 있다.
상기 기판(100)은 제1 홀(H1)과 제2 홀(H2)을 구비하고 있다. 상기 제1 홀(H1)과 제2 홀(H2) 각각은 상기 기판(100)을 관통하고 있다. 상기 제1 홀(H1)은 복수의 단위셀 중에서 일 측의 최외곽 단위셀에 대응하는 영역에 구비되고 상기 제2 홀(H2)은 복수의 단위셀 중에서 타 측의 최외곽 단위셀에 대응하는 영역에 구비된다.
상기 후면 전극(200)은 상기 기판(100)의 상면 상에 구비된다. 구체적으로, 개별 단위셀을 구성하는 복수의 후면 전극(200)들 각각은 제1 분리부(P1)를 사이에 두고 서로 이격되어 있다. 이와 같은 후면 전극(200)은 Ag, Al, Ag+Mo, Ag+Ni, 또는 Ag+Cu 등과 같은 금속물질로 이루어질 수도 있고, ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F, 또는 ITO(Indium Tin Oxide)등과 같은 투명한 도전물질로 이루어질 수도 있다.
상기 일 측의 최외곽 단위셀에 대응하는 영역에 구비된 후면 전극(200)은 상기 제1 홀(H1)의 내면을 따라 연장되어 상기 제1 버스 라인(510)과 연결되어 있다. 구체적으로, 상기 일 측의 최외곽 단위셀에 대응하는 영역에 구비된 후면 전극(200)은 상기 제1 홀(H1)의 내면에 구비된 후면 전극 연장부(210)를 통해 상기 제1 버스 라인(510)과 연결되어 있다. 다시 말하면, 상기 후면 전극 연장부(210)의 일단은 상기 후면 전극(200)과 연결되고 상기 후면 전극 연장부(210)의 타단은 상기 제1 버스 라인(510)과 연결되어 있다.
상기 후면 전극 연장부(210)는 상기 후면 전극(200)과 일체(one body)로 형성될 수 있다. 이와 같은 후면 전극 연장부(210)는 상기 후면 전극(200)과 동일한 물질로 동일한 공정을 통해 형성될 수 있다.
상기 타 측의 최외곽 단위셀에 대응하는 영역에 구비된 후면 전극(200)은 상기 제2 홀(H2)의 내면을 따라 연장되지 않고 상기 제2 버스 라인(520)과 연결되지 않는다. 상기 타 측의 최외곽 단위셀에 대응하는 영역에 구비된 후면 전극(200)은 상기 제2 홀(H2)과 동일한 패턴의 홀을 구비하고 있다. 후술하는 제조공정에서 알 수 있듯이, 상기 타 측의 최외곽 단위셀에 대응하는 영역에 구비된 후면 전극(200)의 홀은 상기 제2 홀(H2)과 동일한 공정에서 동일한 패턴으로 형성된다.
상기 반도체층(300)은 상기 후면 전극(200)의 상면 상에 구비된다. 구체적으로, 개별 단위셀을 구성하는 복수의 반도체층(30) 각각은 콘택부(P2) 및 제2 분리부(P3)를 사이에 두고 서로 이격되어 있다.
상기 반도체층(300)은 비정질 실리콘(a-Si:H) 또는 미세결정질 실리콘(μc-Si:H)등과 같이 실리콘계 물질로 이루어질 수 있지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니다.
상기 반도체층(300)은 P(Positive)형 반도체층, I(Intrinsic)형 반도체층 및 N(Negative)형 반도체층이 순서대로 적층된 PIN구조로 형성할 수 있다. 이와 같이 상기 반도체층(300)을 PIN구조로 형성하게 되면, I형 반도체층이 P형 반도체층과 N형 반도체층에 의해 공핍(depletion)이 되어 내부에 전기장이 발생하게 되고, 태양광에 의해 생성되는 정공 및 전자가 상기 전기장에 의해 드리프트(drift)되어 각각 P형 반도체층 및 N형 반도체층에서 수집되게 된다.
상기 P형 반도체층은 비정질 실리콘에 P형 도펀트가 도핑되어 이루어질 수 있고, 상기 I형 반도체층은 비정질 실리콘으로 이루어질 수 있고, 상기 N형 반도체층은 비정질 실리콘에 N형 도펀트가 도핑되어 이루어질 수 있지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니다.
상기 반도체층(300)을 PIN구조로 형성할 경우에는 태양광이 입사되는 쪽에서 가까운 위치에 P형 반도체층을 형성하고 이어서 I형 반도체층 및 N형 반도체층을 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 P형 반도체층은 상기 전면 전극(400)에 가까운 위치에 형성하고 상기 N형 반도체층은 상기 후면 전극(200)에 가까운 위치에 형성하는 것이 바람직하다. 그 이유는 일반적으로 정공의 드리프트 이동도(drift mobility)가 전자의 드리프트 이동도에 의해 낮기 때문에 입사광에 의한 캐리어의 수집효율을 극대화하기 위해서 P형 반도체층을 수광면에 가깝게 형성하기 위함이다.
상기 타 측의 최외곽 단위셀에 대응하는 영역에 구비된 반도체층(300)은 상기 제2 홀(H2)의 내면을 따라 연장되어 있다. 구체적으로, 상기 타 측의 최외곽 단위셀에 대응하는 영역에 구비된 반도체층(300)은 상기 제2 홀(H2)의 내면과 전면 전극 연장부(410) 사이에 구비된 반도체층 연장부(310)와 연결되어 있다.
상기 반도체층 연장부(310)는 상기 타 측의 최외곽 단위셀에 대응하는 영역에 구비된 후면 전극(200)이 상기 타 측의 최외곽 단위셀에 대응하는 영역에 구비된 전면 전극(400)과 접하여 쇼트(short)가 발생하는 것을 방지한다. 이와 같은 반도체층 연장부(310)는 상기 후면 전극(200)에 구비된 홀의 내면 및 상기 제2 홀(H2)의 내면을 따라 연장되어 상기 제2 버스 라인(520)과 연결될 수 있다.
결과적으로, 상기 반도체층 연장부(310)는 상기 타 측의 최외곽 단위셀에 대응하는 영역에 구비된 후면 전극(200)의 측면 상에 형성되어 상기 후면 전극(200)과 상기 전면 전극(400) 사이의 쇼트를 방지한다. 따라서, 상기 반도체층 연장부(310)는 상기 타 측의 최외곽 단위셀에서 상기 후면 전극(200)과 상기 전면 전극(400) 사이에 형성되면 충분하고 상기 제2 홀(H2)의 내면까지 연장되지 않을 수도 있고 상기 제2 버스 라인(520)과 연결되지 않을 수도 있다. 다만, 공정상 상기 반도체층 연장부(310)는 상기 제2 홀(H2)의 내면을 따라 상기 제2 버스 라인(520)까지 연장될 수 있다.
상기 반도체층 연장부(310)는 상기 반도체층(310)과 일체(one body)로 형성될 수 있다. 이와 같은 반도체층 연장부(310)는 상기 반도체층(310)과 동일한 물질로 동일한 공정을 통해 형성될 수 있다.
상기 전면 전극(400)은 상기 반도체층(300)의 상면 상에 구비된다. 구체적으로, 개별 단위셀을 구성하는 복수의 전면 전극(400)들 각각은 상기 콘택부(P2)를 통해 이웃하는 단위셀의 후면 전극(200)과 연결된다. 또한, 복수의 전면 전극(400)들 각각은 상기 제2 분리부(P3)를 사이에 두고 서로 이격되어 있다. 이와 같은 전면 전극(400)은 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F, 또는 ITO(Indium Tin Oxide)등과 같은 투명한 도전물질로 이루어질 수 있다.
상기 타 측의 최외곽 단위셀에 대응하는 영역에 구비된 전면 전극(400)은 상기 제2 홀(H2)의 내면을 따라 연장되어 상기 제2 버스 라인(520)과 연결되어 있다. 구체적으로, 상기 타 측의 최외곽 단위셀에 대응하는 영역에 구비된 전면 전극(400)은 상기 제2 홀(H2)의 내면에 구비된 전면 전극 연장부(410)를 통해 상기 제2 버스 라인(520)과 연결되어 있다. 다시 말하면, 상기 전면 전극 연장부(410)의 일단은 상기 전면 전극(400)과 연결되고 상기 전면 전극 연장부(410)의 타단은 상기 제2 버스 라인(520)과 연결되어 있다.
상기 전면 전극 연장부(410)는 상기 반도체층 연장부(310) 상에 형성되어 있다. 보다 구체적으로, 상기 전면 전극 연장부(410)는 상기 반도체층(300)의 측면을 따라 상기 후면 전극(200)에 구비된 홀 및 상기 제2 홀(H2)의 내부로 연장된다. 이때, 상기 후면 전극(200)에 구비된 홀의 내면 및 상기 제2 홀(H2)의 내면에는 상기 반도체층 연장부(310)가 마련되어 있기 때문에, 결국 상기 전면 전극 연장부(410)는 상기 반도체층(300)의 측면을 따라 상기 반도체층 연장부(310) 상으로 연장되어 상기 제2 버스 라인(520)과 연결되어 있다. 따라서, 상기 반도체층 연장부(310)가 상기 전면 전극 연장부(410)와 상기 후면 전극(200) 사이에 형성되어 양자 사이를 절연시키기 때문에, 상기 전면 전극 연장부(410)와 상기 후면 전극(200) 사이에 쇼트 발생이 방지된다.
상기 전면 전극 연장부(410)는 상기 전면 전극(400)과 일체로 형성될 수 있다. 이와 같은 전면 전극 연장부(410)는 상기 전면 전극(400)과 동일한 물질로 동일한 공정을 통해 형성될 수 있다.
상기 제1 버스 라인(510)과 상기 제2 버스 라인(520)은 상기 기판(100)의 하면 상에 형성되어 있다. 즉, 상기 제1 버스 라인(510)과 상기 제2 버스 라인(520)은 상기 후면 전극(200), 반도체층(300), 및 전면 전극(400)이 형성된 기판(100)의 일면과 반대되는 면에 형성되어 있다.
상기 제1 버스 라인(510)과 상기 제2 버스 라인(520)은 외부 장치에 연결될 수 있다. 상기 제1 버스 라인(510)은 (-) 버스 라인으로 기능하고 상기 제2 버스 라인(520)은 (+) 버스 라인으로 기능할 수 있지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니다. 이와 같은 상기 제1 버스 라인(510)과 상기 제2 버스 라인(520)은 각각 전자와 정공을 수집함으로써 박막형 태양전지가 외부의 장치의 전원으로 기능하도록 할 수 있다.
상기 제1 버스 라인(510)은 상기 일 측의 최외곽 단위셀에 대응하는 영역에 형성된다. 특히, 상기 제1 버스 라인(510)은 상기 일 측의 최외곽 단위셀에 대응하는 영역에 구비된 제1 홀(H1)과 오버랩되도록 형성된다. 따라서, 상기 제1 홀(H1)의 내면에 형성된 상기 후면 전극 연장부(210)에 의해서 상기 일 측의 최외곽 단위셀에서 상기 제1 버스 라인(510)과 상기 후면 전극(210)이 서로 연결된다.
상기 제2 버스 라인(520)은 상기 타 측의 최외곽 단위셀에 대응하는 영역에 형성된다. 특히, 상기 제2 버스 라인(520)은 상기 타 측의 최외곽 단위셀에 대응하는 영역에 구비된 제2 홀(H2)과 오버랩되도록 형성된다. 따라서, 상기 제2 홀(H1)의 내부에 형성된 상기 전면 전극 연장부(410)에 의해서 상기 타 측의 최외곽 단위셀에서 상기 제2 버스 라인(520)과 상기 전면 전극(410)이 서로 연결된다.
이상과 같이, 본 발명은 제1 분리부(P1), 콘택부(P2), 및 제2 분리부(P3)에 의해서 복수 개의 단위 셀들이 서로 직렬로 연결될 수 있다. 즉, 상기 후면 전극(200), 상기 반도체층(300), 및 상기 전면 전극(400)의 조합에 의해서 개별 단위셀이 형성되고, 하나의 단위셀의 전면 전극(440)이 그와 이웃하는 단위셀의 후면 전극(200)과 연결됨으로써 복수 개의 단위 셀들이 서로 직렬로 연결된다.
특히, 본 발명에 따르면, 상기 제1 버스 라인(510)과 상기 제2 버스 라인(520)이 상기 후면 전극(200), 반도체층(300), 및 전면 전극(400)이 형성된 기판(100)의 상면과 반대되는 기판(100)의 하면에 형성되기 때문에, 상기 제1 버스 라인(510)과 상기 제2 버스 라인(520)에 의해 태양광의 입사면적이 줄어들지 않는 장점이 있다. 또한, 본 발명에 따른 박막형 태양전지를 건축물의 유리창 또는 차량의 선루프 등에 적용한다 하여도, 상기 제1 버스 라인(510)과 상기 제2 버스 라인(520)이 외부로 노출되지 않아서 상품성이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 도 2의 화살표로 표시한 바와 같이 상기 제2 버스 라인(520)에서부터 상기 제1 버스 라인(510)까지 전류가 흐르게 되는데, 이때 최외곽 단위셀을 포함하여 복수의 단위셀 전체에서 전력이 생산될 수 있는 장점이 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지의 개략적인 평면도로서 이는 전술한 제1 홀(H1)과 제2 홀(H2)의 평면 구조를 보여주기 위한 것이다.
도 3에서 알 수 있듯이, 기판(100) 상에는 제1 분리부(P1), 콘택부(P2) 및 제2 분리부(P3)의 조합이 반복되면서 복수의 단위셀이 형성된다.
복수의 단위셀 중에서 일 측의 최외곽 단위셀에는 제1 홀(H1)이 형성되어 있고, 상기 제1 홀(H1)과 오버랩되면서 제1 버스 라인(510) 형성되어 있다. 상기 제1 홀(H1)은 서로 이격된 복수 개의 섬(island) 패턴으로 이루어진다. 상기 섬 패턴은 도시된 바와 같이 원형으로 이루어질 수 있지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니고, 타원형 또는 다각형 등으로 다양하게 변경될 수 있다. 상기 제1 버스 라인(510)은 상기 복수 개의 섬 패턴들 각각과 오버랩되도록 형성된다. 특히, 상기 제1 버스 라인(510)의 폭은 상기 복수 개의 섬 패턴들 각각의 폭보다 크게 형성될 수 있다. 이와 같이 상기 제1 버스 라인(510)의 폭이 상기 제1 홀(H1)의 폭보다 클 경우 상기 제1 버스 라인(510)과 상기 후면 전극 연장부(210) 사이의 연결이 용이하다.
복수의 단위셀 중에서 타 측의 최외곽 단위셀에는 제2 홀(H2)이 형성되어 있고, 상기 제2 홀(H2)과 오버랩되면서 제2 버스 라인(520) 형성되어 있다. 상기 제2 홀(H2)은 서로 이격된 복수 개의 섬(island) 패턴으로 이루어진다. 상기 섬 패턴은 도시된 바와 같이 원형으로 이루어질 수 있지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니고, 타원형 또는 다각형 등으로 다양하게 변경될 수 있다. 상기 제2 버스 라인(520)은 상기 복수 개의 섬 패턴들 각각과 오버랩되도록 형성된다. 특히, 상기 제2 버스 라인(520)의 폭은 상기 복수 개의 섬 패턴들 각각의 폭보다 크게 형성될 수 있다. 이와 같이 상기 제2 버스 라인(520)의 폭이 상기 제2 홀(H2)의 폭보다 클 경우 상기 제2 버스 라인(520)과 상기 전면 전극 연장부(410) 사이의 연결이 용이하다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막형 태양전지의 개략적인 평면도로서 이는 제1 홀(H1)과 제2 홀(H2)의 구조가 전술한 도 3과 상이하다.
도 4에서 알 수 있듯이, 기판(100) 상에는 제1 분리부(P1), 콘택부(P2) 및 제2 분리부(P3)의 조합이 반복되면서 복수의 단위셀이 형성된다.
복수의 단위셀 중에서 일 측의 최외곽 단위셀에는 제1 홀(H1)이 형성되어 있고, 상기 제1 홀(H1)과 오버랩되면서 제1 버스 라인(510) 형성되어 있다.
상기 제1 홀(H1)은 상기 제1 버스 라인(510)과 나란하게 연장된 바(bar) 패턴으로 이루어진다. 상기 제1 버스 라인(510)은 상기 바 패턴과 오버랩되도록 형성되며, 특히, 상기 제1 버스 라인(510)의 폭은 상기 바 패턴의 폭보다 크게 형성될 수 있다.
복수의 단위셀 중에서 타 측의 최외곽 단위셀에는 제2 홀(H2)이 형성되어 있고, 상기 제2 홀(H2)과 오버랩되면서 제2 버스 라인(520) 형성되어 있다.
상기 제2 홀(H2)은 상기 제2 버스 라인(520)과 나란하게 연장된 바(bar) 패턴으로 이루어진다. 상기 제2 버스 라인(520)은 상기 바 패턴과 오버랩되도록 형성되며, 특히, 상기 제2 버스 라인(520)의 폭은 상기 바 패턴의 폭보다 크게 형성될 수 있다.
도 5a 내지 도 5i는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지의 제조공정을 도시한 공정 단면도로서, 이는 전술한 도 2에 따른 박막형 태양전지의 제조공정을 도시한 것이다. 따라서, 재료 등과 같이 동일한 구성에 대한 반복 설명은 생략하기로 한다.
우선, 도 5a에서 알 수 있듯이, 기판(100)에 제1 홀(H1)을 형성한다.
상기 제1 홀(H1)은 복수의 단위셀 중에서 일 측의 최외곽 단위셀에 대응하는 영역에 형성한다.
다음, 도 5b에서 알 수 있듯이, 상기 기판(100)의 상면 상에 후면 전극층(200a)을 형성한다.
상기 후면 전극층(200a)은 스퍼터링(Sputtering)법 또는 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법 등을 이용하여 형성할 수 있다. 이때, 상기 제1 홀(H1)의 내면에 후면 전극 연장부(210)가 함께 형성된다.
다음, 도 5c에서 알 수 있듯이, 상기 후면 전극층(200a)에 제1 분리부(P1)를 형성한다.
상기 제1 분리부(P1)를 형성함으로써 상기 제1 분리부(P1)를 사이에 두고 이격되는 복수의 후면 전극(200)들의 패턴을 얻을 수 있다. 상기 제1 분리부(P1)가 형성된 영역에서는 상기 후면 전극층(200a)의 소정 영역이 제거되고 그에 따라 상기 기판(100)의 상면이 노출된다. 상기 제1 분리부(P1)를 형성하는 공정은 레이저 스크라이빙 공정으로 이루어질 수 있다.
다음, 도 5d에서 알 수 있듯이, 상기 기판(100)에 제2 홀(H2)을 형성한다.
상기 제2 홀(H2)은 복수의 단위셀 중에서 타 측의 최외곽 단위셀에 대응하는 영역에 형성한다. 상기 제2 홀(H2)을 형성할 때 상기 타 측의 최외곽 단위셀의 후면 전극(200)에도 동일한 홀 패턴이 형성된다.
다음, 도 5e에서 알 수 있듯이, 상기 후면 전극(200)의 상면 상에 반도체층(300a)을 형성한다.
상기 반도체층(300a)은 상기 제1 분리부(P1) 영역에도 형성된다. 특히, 이때, 상기 타 측의 최외곽 단위셀의 후면 전극(200)에 구비된 홀 패턴의 내면에 반도체층 연장부(310)가 함께 형성된다. 상기 반도체층 연장부(310)는 상기 제2 홀(H2)의 내면까지 연장되도록 형성될 수 있다. 상기 반도체층(300a)은 플라즈마 CVD법을 이용하여 형성할 수 있다.
다음, 도 5f에서 알 수 있듯이, 상기 반도체층(300a)에 콘택부(P2)를 형성한다.
상기 콘택부(P2)를 형성하면 상기 콘택부(P2)를 사이에 두고 이격되는 복수의 반도체층(300)들이 얻어진다. 상기 콘택부(P2)를 형성하는 공정은 레이저 스크라이빙 공정으로 이루어질 수 있다.
다음, 도 5g에서 알 수 있듯이, 상기 반도체층(300)의 상면 상에 전면 전극층(400a)을 형성한다.
상기 전면 전극층(400a)은 스퍼터링(Sputtering)법 또는 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법 등을 이용하여 형성할 수 있다. 상기 전면 전극층(400a)은 상기 콘택부(P2) 내에도 형성된다. 따라서, 상기 전면 전극층(400a)은 상기 콘택부(P2)를 통해서 상기 후면 전극(200)과 연결된다.
상기 전면 전극층(400a)을 형성할 때 전면 전극 연장부(410)가 함께 형성된다. 상기 전면 전극 연장부(410)는 상기 반도체층 연장부(310) 상에 형성되며 특히 상기 제2 홀(H2)의 내부까지 연장된다.
다음, 도 5h에서 알 수 있듯이, 상기 전면 전극층(400a)에 제2 분리부(P3)를 형성한다. 그리하면, 상기 콘택부(P2)를 통해서 상기 후면 전극(200)과 연결되면서 상기 제2 분리부(P3)를 사이에 두고 이격되는 복수의 전면 전극(400)들이 얻어진다.
상기 제2 분리부(P3)가 형성된 영역에서는 상기 반도체층(300) 및 상기 전면 전극층(400a)의 소정 영역이 제거되고 그에 따라 상기 후면 전극(200)의 상면이 노출된다. 상기 제2 분리부(P3)를 형성하는 공정은 레이저 스크라이빙 공정으로 이루어질 수 있다.
다음, 도 5i에서 알 수 있듯이, 상기 기판(100)의 하면에 제1 버스 라인(510)과 제2 버스 라인(520)을 형성한다.
상기 제1 버스 라인(510)은 상기 일 측의 최외곽 단위셀에 대응하는 영역에 구비된 제1 홀(H1)과 오버랩되도록 형성한다. 상기 제1 버스 라인(510)은 상기 제1 홀(H1)의 내면에 형성된 상기 후면 전극 연장부(210)와 연결된다. 따라서, 상기 후면 전극 연장부(210)에 의해서 상기 일 측의 최외곽 단위셀에서 상기 제1 버스 라인(510)과 상기 후면 전극(210)이 서로 연결된다.
상기 제2 버스 라인(520)은 상기 타 측의 최외곽 단위셀에 대응하는 영역에 구비된 제2 홀(H2)과 오버랩되도록 형성한다. 상기 제2 버스 라인(520)은 상기 제2 홀(H2)의 내면에 형성된 상기 전면 전극 연장부(410)와 연결된다. 따라서, 상기 전면 전극 연장부(410)에 의해서 상기 타 측의 최외곽 단위셀에서 상기 제2 버스 라인(520)과 상기 전면 전극(410)이 서로 연결된다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 기판 200a, 200: 후면 전극층, 후면 전극
300a, 300: 반도체층 400a, 400: 전면 전극층, 전면 전극
510: 제1 버스 라인 520: 제2 버스 라인
P1: 제1 분리부 P2: 콘택부
P3: 제2 분리부 P4: 제3 분리부
H1: 제1 홀 H2: 제2 홀

Claims (17)

  1. 제1 홀을 구비한 기판;
    상기 기판의 상면에 형성된 후면전극;
    상기 후면전극의 상면 및 상기 제1 홀의 내측면에 형성되는 반도체층 및 전면전극; 및
    상기 기판의 하면에 형성되며, 상기 제1 홀의 내측면에 형성된 전면전극과 연결되는 제1 전극 라인을 포함하는 박막형 태양전지.
  2. 제1 홀과 제2 홀을 구비한 기판;
    상기 기판의 상면에서 서로 직렬로 연결되며, 각각 후면전극, 반도체층, 및 전면 전극을 포함하여 이루어진 복수의 단위셀들; 및
    상기 기판의 하면에 구비된 제1 전극 라인 및 제2 전극 라인을 포함하여 이루어지고,
    상기 제1 전극 라인은 상기 제1 홀을 통해서 상기 복수의 단위셀들 중에서 일 측의 최외곽 단위셀에 구비된 상기 후면 전극과 연결되어 있고,
    상기 제2 전극 라인은 상기 제2 홀을 통해서 상기 복수의 단위셀들 중에서 타 측의 최외곽 단위셀에 구비된 상기 전면 전극과 연결되어 있는 박막형 태양전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 전극 라인은 제1 버스 라인으로 이루어지고, 상기 제2 전극 라인은 제2 버스라인으로 이루어진 박막형 태양전지.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 홀의 내면에 구비된 후면 전극 연장부를 더 포함하여 이루어지고,
    상기 후면 전극 연장부의 일단은 상기 일 측의 최외곽 단위셀에 구비된 상기 후면 전극과 연결되고, 상기 후면 전극 연장부의 타단은 상기 제1 전극 라인과 연결된 박막형 태양전지.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 타 측의 최외곽 단위셀에 구비된 상기 후면 전극은 상기 제2 홀과 동일한 홀 패턴을 구비하고 있는 박막형 태양전지.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제2 홀의 내부에 구비된 전면 전극 연장부를 더 포함하여 이루어지고,
    상기 전면 전극 연장부의 일단은 상기 타 측의 최외곽 단위셀에 구비된 상기 전면 전극과 연결되고, 상기 전면 전극 연장부의 타단은 상기 제2 전극 라인과 연결된 박막형 태양전지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 홀의 내면과 상기 전면 전극 연결부 사이에 구비된 반도체층 연장부를 더 포함하여 이루어진 박막형 태양전지.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 제1 홀은 상기 일 측의 최외곽 단위셀에 대응하는 영역에 구비되어 있고, 상기 제2 홀은 상기 타 측의 최외곽 단위셀에 대응하는 영역에 구비되어 있으며,
    상기 제1 전극 라인은 상기 제1 홀과 오버랩되고, 상기 제2 전극 라인은 상기 제2 홀과 오버랩되는 박막형 태양전지.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 전극 라인의 폭은 상기 제1 홀의 폭보다 큰 박막형 태양전지.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제1 홀은 상기 제1 전극 라인과 나란하게 연장된 바(bar) 패턴으로 이루어진 박막형 태양전지.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 제1 홀은 서로 이격된 복수 개의 섬 패턴으로 이루어진 박막형 태양전지.
  12. 기판의 일 측의 최외곽 단위셀에 대응하는 영역에 제1 홀을 형성하는 공정;
    상기 기판의 상면 상에 제1 분리부를 사이에 두고 이격되는 복수의 후면 전극들의 패턴을 형성하는 공정;
    상기 기판의 타 측의 최외곽 단위셀에 대응하는 영역에 제2 홀을 형성하는 공정;
    상기 후면 전극들의 상면 상에 콘택부를 사이에 두고 이격되는 복수의 반도체층들의 패턴을 형성하는 공정;
    상기 반도체층들의 상면 상에 제2 분리부를 사이에 두고 이격되는 복수의 전면 전극들의 패턴을 형성하는 공정; 및
    상기 기판의 하면에 제1 전극 라인과 제2 전극 라인을 형성하는 공정을 포함하여 이루어지고,
    상기 제1 전극 라인은 상기 제1 홀을 통해서 상기 일 측의 최외곽 단위셀의 후면 전극과 연결하고, 상기 제2 전극 라인은 상기 제2 홀을 통해서 상기 타 측의 최외곽 단위셀의 전면 전극과 연결하는 박막형 태양전지의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 복수의 후면 전극들의 패턴을 형성하는 공정은 상기 제1 홀의 내면에 상기 제1 전극 라인과 연결되는 후면 전극 연장부를 형성하는 공정을 포함하여 이루어진 박막형 태양전지의 제조 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제2 홀을 형성하는 공정은 상기 타 측의 최외곽 단위셀의 후면 전극에 상기 제2 홀과 동일한 홀 패턴을 형성하는 공정을 포함하여 이루어진 박막형 태양전지의 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 복수의 반도체층들의 패턴을 형성하는 공정은 상기 후면 전극에 형성된 홀 패턴의 내면에 반도체층 연장부를 형성하는 공정을 포함하여 이루어진 박막형 태양전지의 제조 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 복수의 전면 전극들의 패턴을 형성하는 공정은 상기 후면 전극에 형성된 홀 패턴의 내부 및 상기 제2 홀의 내부에 상기 제2 전극 라인과 연결되는 전면 전극 연장부를 형성하는 공정을 포함하여 이루어진 박막형 태양전지의 제조 방법.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 제1 전극 라인은 제1 버스 라인으로 이루어지고, 상기 제2 전극 라인은 제2 버스라인으로 이루어진 박막형 태양전지의 제조 방법.
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